DE4421372C2 - Kalibriergerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kalibriergerät für Wegaufnehmer aufweisende Längenänderungs-Meßeinrichtungen.

Längenänderungs-Meßeinrichtungen werden bei spielsweise im Rahmen der zerstörenden Werkstoffprüfung für Weg- und Deh­ nungsmessungen an Proben und Bauteilen eingesetzt. Je nach der Meßaufgabe werden sehr unterschiedliche Systeme verwen­ det. Hierbei kann es sich beispielsweise um induktive Weg­ taster, Aufnehmer mit Tauchanker, potentiometrische Meß­ systeme, Dehnungsaufnehmer auf DMS-Basis oder mechanische Sy­ steme handeln. Diese Längenänderungs-Meßeinrichtungen sind entweder jährlich oder nach einer Veränderung der Meßkette, wie z. B. nach einem neuen Versuchsaufbau, einem Aufnehmer­ wechsel oder einer Instandsetzung zu kalibrieren. Hierzu müs­ sen die Meßabweichungen zwischen der Anzeige der Längen­ änderungs-Meßeinrichtung und den als richtig geltenden Werten eines geeigneten Kalibriergerätes ermittelt werden, um an­ schließend eine Justage vorzunehmen, wenn die Toleranzen überschritten werden.

Aus einer Zeitschrift (TJOA, Gin Lay; DEN BOEF, Ramond, A re­ motecontrolled calibration device for displacement transdu­ cers. In: J. Phys. E: Sci. Instrum 19 (1986) S. 907-910) ist ein Kalibriergerät für Wegaufnehmer aufweisende Längenän­ derungs-Meßeinrichtungen bekannt. Das Kalibriergerät besteht aus einer Grundplatte und einem hierauf angeordneten ersten und zweiten Seitenteil. Zwischen den beiden Seitenteilen ist ein Meßschlitten angeordnet, der an eine Verstelleinrichtung gekoppelt ist. Am zweiten Seitenteil ist eine Befestigungs­ fläche für die Anbringung eines hochgenauen Meßsystems ange­ ordnet, dessen Taststange in einer Aufnahmeeinrichtung am Meßschlitten eingespannt ist. Das erste Seitenteil weist eine Passungsbohrung auf, um die zu kalibrierenden Wegaufnehmer unmittelbar aufzunehmen. Bei dem Kalibiergerät handelt es sich um ein Tischgerät, das nur in einer Stellung betreibbar ist. Die Verstelleinrichtung einerseits und das hochgenaue Meßsystem andererseits bilden eine Einheit, da die Verstel­ lung und die Messung durch einen elektromechanischen Piezo- Stellgeber erfolgt. Da der Meßschlitten starr an der Tast­ stange des hochgenauen Meßsystems befestigt und keine mecha­ nische Grobverstellung vorgesehen ist, hat man einen sehr ge­ ringen Verstellweg. Das Kalibriergerät ist ausgelegt, um Weg­ taster eines bestimmten Typs und Herstellers einzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kalibriergerät zu schaffen, mit dem Längenänderungs-Meßeinrichtungen der un­ terschiedlichsten Meßsysteme und Bauarten und der verschie­ densten Hersteller in ihrer jeweiligen Gebrauchslage kali­ briert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Der Vorteil der Erfindung besteht zum einen darin, daß das Kalibriergerät weitreichend eingesetzt werden kann. Da die Passungsbohrungen frei zugänglich außerhalb des von den Füh­ rungsstäben eingeschlossenen Raumes und gegenüberliegend zur Grundplatte angeordnet sind, treten beim Einbau selbst sper­ riger Wegaufnehmer keine Probleme auf, da der Kalibrierraum zur Seite und in der von der Grundplatte abgewandten Richtung offen ist. Ferner ist die Passungsbohrung des ersten Seiten­ teils seitlich von Wandungsbereichen umgeben, die eine Stärke aufweisen, die geringer als der Durchmesser dieser Passungs­ bohrung ist. Durch diese seitlichen Aussparungen ermöglicht man es, daß auch beispielsweise Warmzug-Dehnungsmeßgestänge kalibriert werden können, da die seitlichen Aussparungen Platz schaffen, um die Gestänge nahe dieser Passungsbohrung anzuordnen.

Ferner können Kalibrierungen normgerecht so vorgenommen wer­ den, daß die Wegaufnehmer in gleicher Lage und Richtung wie in ihrer Gebrauchsstellung am Kalibriergerät angesetzt werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Grundplatte und das erste Seitenteil als Befestigungsflansche mit senkrecht zueinander stehenden Befestigungsflächen ausgebildet sind. Steht beispielsweise das Kalibriergerät auf Füßen, die mit der Grundplatte verschraubt sind, verläuft die Kalibrierachse waagerecht. Dagegen erreicht man eine senkrechte Kalibrier­ achse, wenn man das erste Seitenteil beispielsweise mit der Tischfläche eines Meßwagens verschraubt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung geben die Unteran­ sprüche 2 bis 8 an.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Hierbei zeigen

Fig. 1 ein Kalibriergerät, angeschlossen an ein hoch­ genaues Meßsystem, in perspektivischer Darstel­ lung;

Fig. 2 das Kalibriergerät in der Vorderansicht;

Fig. 3 die von der Fig. 2 abgeleitete Draufsicht;

Fig. 4 die Seitenansicht von rechts;

Fig. 5 die Seitenansicht von links im Schnitt, dessen Schnittverlauf in Fig. 2 gekennzeichnet ist;

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt der Verstellein­ richtung, abgeleitet von der in Fig. 2 darge­ stellten Vorderansicht.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, unterteilt sich das Kalibrierge­ rät 1 in

• - eine Grundplatte 10 und ein hierauf angeordnetes erstes 20 und zweites 30 Seitenteil,
• - drei voneinander beabstandete Führungsstäbe 40, die jeweils endseitig in die Seitenteile 20 und 30 eingespannt sind,
• - einen Meßschlitten 50, der entlang den Führungsstäben 40 verfahrbar ist,
• - einer Verstelleinrichtung 60 für den Meßschlitten 50.

An das Kalibriergerät sind in seiner Betriebsstellung

• - einerseits der Wegaufnehmer 80 der zu kalibrierenden Längenänderungs-Meßeinrichtung und
• - andererseits ein hochgenaues Meßsystem 70 mit einem eine Taststange 72 aufweisenden Wegaufnehmer 71 und ein Anzeige­ gerät 73 montiert.

Die auf den Meßschlitten 50 einwirkende Verstelleinrich­ tung 60 ermöglicht es in Verbindung mit dem hochgenauen Meß­ system 70, daß eine definierte Längenänderung auf den Wegauf­ nehmer 80 einer zu kalibrierenden Längenänderungs- Meßeinrichtung übertragen werden kann.

Hierzu spannt man zunächst den zu prüfenden Wegaufnehmer 80 fest in das erste Seitenteil 20 ein, wogegen der verschieb­ bare Tauchanker 81 endseitig am Meßschlitten 50 befestigt wird. Um eine bestimmte Längenänderung präzise vorgeben zu können, befestigt man einen Wegaufnehmer 71 eines hochgenauen Meßsystems 70 an ein zweites Seitenteil 30, wobei die Tast­ stange 72 dieses Wegaufnehmers 71 (siehe auch Fig. 2), eben­ falls wie der Tauchanker 81 des zu überprüfenden Wegauf­ nehmers 80, am Meßschlitten 50 befestigt wird. Anschließend verschiebt man den Meßschlitten 50 mit seiner Verstellvor­ richtung 60 um eine bestimmte Weglänge, die auf das zu prü­ fende Längenänderungs-Meßsystem abgestimmt ist. Die einge­ stellte Längenänderung liest man an dem digitalen Anzeige­ gerät 73 des hochgenauen Meßsystems 70 ab. Diesen Wert ver­ gleicht man mit der zu prüfenden Längenänderungs-Meßein­ richtung. Hierbei zeigt sich, ob die Längenänderungs-Meßein­ richtung innerhalb der zulässigen Toleranzen arbeitet oder justiert werden muß.

Um das Kalibriergerät 1 zum einen in unterschiedlichen Lagen und zum anderen unmittelbar an einer Werkstoffprüfmaschine betreiben zu können, sind die Grundplatte 10 und das erste Seitenteil 20 als senkrecht zueinander stehende Befestigungs­ flansche ausgebildet. Verstellfüße 12 sind in die Grundplatte 10 eingeschraubt, so daß das Kalibriergerät 1 auf einen Tisch gestellt werden kann. Um beispielsweise das Kalibriergerät 1 mit senkrechter Kalibrierungsachse betreiben zu können, stellt man das Kalibriergerät 1 hochkant auf das erste Sei­ tenteil 20. Von Vorteil ist es, wenn der Wegaufnehmer 80 über eine Tischkante hinweg frei nach unten ragen kann. In einfa­ cher Weise kann die Befestigung über die Gewindebohrung 24 im ersten Seitenteil 20 und übel die Gewindebohrungen 13 an der Stirnfläche der Grundplatte 10 erfolgen. Die Mittelachsen dieser Gewindebohrungen 13 und 24 stehen genau senkrecht zu den Gewindebohrungen, welche die in Fig. 1 dargestellten Verstellfüße 12 aufnehmen.

Da die einzelnen Komponenten des Kalibriergerätes 1 lageunab­ hängig arbeiten, kann das Kalibriergerät auch in Schiefstel­ lung betrieben werden.

Bei der Anbringung des hochgenauen Meßsystems ist man nicht an bestimmte Ausführungsformen gebunden, da dessen Wegaufneh­ mer 80 unmittelbar oder mittelbar über Zwischenstücke an einer Befestigungsfläche am zweiten Seitenteil 30 montiert werden kann. Entsprechendes gilt für die Einspannung der Taststange 72 des hochgenauen Meßsystems 70 im Meß­ schlitten 50. Eingehend auf die Fig. 2 und die hiervon ab­ geleiteten Fig. 3 bis 5, weist der Meßschlitten 50 eine für unterschiedlich große Taststangen 81 leicht umrüstbare Aufnahmeeinrichtung 53 auf. Zur Befestigung der Aufnahmevor­ richtung 53 dient eine Gewindebohrung im Meßschlitten 50.

Um die zu kalibrierenden Wegaufnehmer 80 unmittelbar oder mittelbar aufzunehmen, sind sowohl im ersten Seitenteil 20 als auch im Meßschlitten 50 Passungsbohrungen 21 und 51 ange­ ordnet.

Je nach zu kalibrierendem Wegaufnehmer werden entsprechende Zwischenstücke, Aufnahmen, Flansche oder Adapter in die Pas­ sungsbohrungen 21 und 51 eingesetzt und mit Schrauben festge­ klemmt. Hierzu sind im ersten Seitenteil 20 und im Meßschlit­ ten 50 Gewindebohrungen 21a und 51a senkrecht und parallel zur Achse der Passungsbohrungen 21 und 51 angebracht. Das Ge­ häuse des Wegaufnehmers 80 ist mit einem Spannzangenflansch 22 und einer Spannzangenmutter 23 gehaltert, wogegen der Tauchanker 81 über einen Adapter 54 am Meßschlitten 50 be­ festigt ist.

Die vorgenannten Gewindebohrungen 21a, die parallel zur Ach­ se der Passungsbohrung 21 verlaufen, bilden mindestens einen Lochkreis. Über diese Lochkreise ist es bei leichter Handha­ bung möglich, das Kalibriergerät so auf Prüfmaschinen einzu­ spannen, daß die Meßachse einerseits und die Kraftwir­ kungsachse der Prüfmaschine andererseits übereinstimmen.

Beide Passungsbohrungen 21 und 51 sind koaxial zur Mittel­ achse der Aufnahmevorrichtung 53 angeordnet, damit der zu prüfende Wegaufnehmer 80 auf der gleichen Flucht wie der Weg­ aufnehmer 71 des hochgenauen Meßsystems 70 liegt, um die so­ genannten Cosinusfehler zu vermeiden.

Die beiden Passungsbohrungen 21 und 51 zur Aufnahme des zu prüfenden Wegaufnehmers sind frei zugänglich einerseits außerhalb des von den Führungsstäben 40 eingeschlossenen Rau­ mes und andererseits ausgehend von der Grundplatte 10 im Anschluß an diesen Raum angeordnet. Daher lassen sich selbst sperrige Wegaufnehmer 80 problemlos einbauen.

Das Kalibriergerät 1 kann vielfältig eingesetzt werden, da die Passungsbohrung des ersten Seitenteils 20 von Wandungs­ bereichen umgeben ist, die jeweils eine Stärke aufweisen, die geringer als der Durchmesser dieser Passungsbohrung 21 ist. Durch die derart ausgebildeten seitlichen Aussparungen an der Passungsbohrung 21 des ersten Seitenteils 20 ist es möglich, beispielsweise Dehnungsaufnehmer-Gestänge nahe des zu prü­ fenden Wegaufnehmers 80 in vom Meßschlitten 50 abgewandter Richtung vorbeizuführen.

Eine reibungs- und spielarme Führung des Meßschlittens 50 er­ reicht man dadurch, daß einerseits die Führungsstäbe 40 ge­ schliffene Präzisionswellen sind und daß andererseits im Meß­ schlitten 50 sich gegenüber den Präzisionswellen abwälzende Linear-Kugellager 52 eingepaßt sind.

Genau drei Führungsstäbe 40 sind so in die Seitenteile 20 und 30 eingespannt, daß im Querschnitt ein gleichseitiges Dreieck gebildet ist. Durch die symmetrische Anordnung ermöglicht man eine einfache Fertigung des Kalibriergerätes und eine kipp­ bare Führung des Meßschlittens 50.

Um eine Beschädigung des zu prüfenden Wegaufnehmers 80 zu verhindern, ist der Verstellweg des Meßschlittens 50 durch Endanschläge 11 begrenzt, die entlang einer Führung verscho­ ben und an der Grundplatte 10 verschraubt werden können.

Die Verstelleinrichtung 60, die in Fig. 6 vergrößert darge­ stellt ist, weist zunächst einen Gewindetrieb zur Feinein­ stellung auf, der sich gegenüber dem zweiten Seitenteil 30 abstützt. Dies bewirkt, daß man eine vorgegebene Längenände­ rung des Meßschlittens 50 sehr feinfühlig und genau einstel­ len kann.

Der Gewindetrieb hat folgenden groben Aufbau:

• - Eine Drehhülse 61 mit Innengewinde, die man zur Feinein­ stellung manuell zu betätigen hat, ist drehbar und axial gesichert im zweiten Seitenteil 30 gelagert,
• - mit dem Innengewinde der Drehhülse 61 steht ein Verschiebe­ teil 62 mit dem entsprechenden Außengewinde in Eingriff,
• - daß Verschiebeteil 62 ist mit einer Verschiebestange 63 verbunden, die mit dem Meßschlitten 50 befestigt ist.

Der Vorteil der vorgenannten Ausbildung des Gewindetriebes besteht darin, daß nur die relativ kurze Drehhülse 61 drehbar ist und keine lange Gewindespindel oder dergleichen. Ferner konzentriert sich der Gewindetrieb in platzsparender Weise auf den Bereich des zweiten Seitenteils 30.

Auf Einzelheiten des Gewindetriebes eingehend, ist der guten Handhabbarkeit wegen an der Drehhülse 61 ein an der äußeren Mantelfläche gerändelter Drehgriff 61a festgeklemmt. Um die Drehhülse 61 ohne axiales Spiel im zweiten Seitenteil 30 zu lagern, ist eine Anordnung mit einem O-Ring 61b und einer Gleitscheibe 61c vorgesehen. Während der O-Ring 61b der axialen Vorspannung dient, sorgt die Gleitscheibe 61c für eine geringe Reibung bei der Verstellung.

Claims (8)

1. Kalibriergerät (1) für Wegaufnehmer (80) aufweisende Län­ genänderungs-Meßeinrichtungen, bestehend aus

• a) einer Grundplatte (10) und einem hierauf angeordneten ersten (20) und zweiten (30) Seitenteil, derart, daß die Grundplatte (10) und das erste Seitenteil (20) als senkrecht zueinander stehende Befestigungsflansche aus­ gebildet sind,
• b) mindestens drei voneinander beabstandeten Führungsstä­ ben (40), die jeweils endseitig in die Seitenteile (20, 30) eingespannt sind,
• c) eine. Meßschlitten (50), der entlang den Führungsstä­ ben (40) verfahrbar ist,
• d) einer Verstelleinrichtung (60) für den Meßschlit­ ten (50),
• e) einer Befestigungsfläche U zweiten Seitenteil (30) für die Anbringung eines eine Taststange (72) aufweisenden Wegaufnehmers (71) eines hochgenauen Meßsystems (70),
• f) einer Aufnahmeeinrichtung (53) im Meßschlitten (50) für die Einspannung der Taststange (72) des hochgenauen Meßsystems (70),
• g) einer Passungsbohrung (21) im ersten Seitenteil (20) und einer Passungsbohrung (51) im Meßschlitten (50), um die zu kalibrierenden Wegaufnehmer (80) unmittelbar oder mittelbar aufzunehmen, derart,
• g1) daß beide Passungsbohrungen (21, 51) koaxial zur Mittelachse der Aufnahmevorrichtung (53), außer­ halb des von den Führungsstäben (40) eingeschlos­ senen Raumes und ausgehend von der Grund­ platte (10) im Anschluß an diesen Raum angeordnet sind,
• g2) daß die Passungsbohrung (21) des ersten Seitentei­ les (20) seitlich von Wandungsbereichen umgeben ist, die jeweils eine Stärke aufweisen, die ge­ ringer als der Durchmesser dieser Passungs­ bohrung (21) ist.

2. Kalibriergerät nach Anspruch 1, bei dem die Verstellein­ richtung (60) einen Gewindetrieb zur Feineinstellung auf­ weist, der sich gegenüber dem zweiten Seitenteil (30) ab­ stützt.

3. Kalibriergerät nach Anspruch 2, bei dem der Gewindetrieb zur Feineinstellung derart ausgebildet ist, daß

• - eine Drehhülse (61) mit Innengewinde drehbar und axial gesichert im zweiten Seitenteil (30) gelagert ist;
• - mit dem Innengewinde der Drehhülse (61) ein Verschiebe­ teil (62) mit dem entsprechenden Außengewinde in Ein­ griff steht;
• - das Verschiebeteil (62) mit einer Verschiebestange (63) verbunden ist, die an dem Meßschlitten (50) befestigt ist.

4. Kalibriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Verstelleinrichtung (60) eine Klemmvorrichtung zur Grobeinstellung aufweist.

5. Kalibriergerät nach Anspruch 3 und 4, bei dem die Klemm­ vorrichtung zwischen dem Verschiebeteil (62) und der Ver­ schiebestange (63) ausgebildet ist, derart,

• - daß bei geschlossener Klemmvorrichtung das Verschiebe­ teil (62) und die Verschiebestange (63) starr miteinan­ der verbunden sind,
• - daß bei geöffneter Klemmvorrichtung das Verschiebeteil (62) entlang der Verschiebestange (63) positionierbar ist.

6. Kalibriergerät nach Anspruch 5, bei dem

• - die Verschiebestange (63) im Querschnitt kreisförmig ist,
• - das Verschiebeteil (62) hülsenförmig ist und um die Ver­ schiebestange (63) angeordnet ist,
• - die Klemmvorrichtung eine Spannzange ist,
• - das Verschiebeteil (62) durch eine Paßfeder-Nut-Anord­ nung (62 c) gegenüber der Verschiebestange (63) verdreh­ gesichert ist.

7. Kalibriergerät nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem die Führungsstäbe (40) geschliffene Präzisionswellen sind und im Meßschlitten (50) sich gegenüber den Präzisionswellen abwälzende Linear-Kugellager (52) eingepaßt sind.

8. Kalibriergerät nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem genau drei Führungsstäbe (40) so in die Seitenteile (20, 30) eingespannt sind, daß im Querschnitt ein gleichsei­ tiges Dreieck gebildet ist.